Высасывая сок из растения, крошечные пенницы создают такое отрицательное давление, которое позволило бы человеку попивать напиток через 100-метровую трубочку.
Пенницы, они же слюнявицы Philaenus spumarius — насекомые, распространенные по всему Северному полушарию. Свое название они получили за комочек пены, которым окружают себя для защиты: такие пузырьки можно часто встретить на стеблях и листьях. Пенницы выступают опасными вредителями растений, в том числе сельскохозяйственных, питаясь пасокой — соком, текущим по сосудам ксилемы.
Однако этот сок — далеко не самый богатый источник питательных веществ. Кроме того, чтобы он поднимался из корней к листьям, растение поддерживает в ксилеме давление намного ниже атмосферного. Для высасывания жидкости в достаточных количествах пенницам приходится прилагать огромные усилия. Расчеты и эксперименты показывают, что для этого насекомые должны создавать еще большее отрицательное давление, превышающее один мегапаскаль. Для сравнения, слоны, набирая воду в хобот, могут создавать лишь 20 килопаскалей. А если бы человек был способен на нечто подобное, он мог посасывать напитки через трубочку длиной порядка ста метров.
Неудивительно, что подобные цифры для крошечной пенницы вызывают большие сомнения специалистов. Некоторые даже считают, что пасока не может служить полноценным источником пищи для пенниц, поскольку на ее добычу приходится затрачивать слишком много энергии. Поэтому Филипп Мэтьюс (Philip Matthews) и его коллеги из канадского Университета Британской Колумбии решили провести новые измерения «всасывающей силы» Philaenus spumarius. Результаты этой работы они представили в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Для начала авторы рассмотрели сосательный аппарат пенницы. Он расположен в голове насекомого и использует мембрану, которую мышцы с силой оттягивают, создавая отрицательное давление — как в шприце, когда в него набирают жидкость. С помощью компьютерной микротомографии ученые рассмотрели сосательный аппарат четырех пенниц и реконструировали его трехмерную структуру. Это позволило получить точную модель и математически рассчитать теоретическую «сосущую силу». Отрицательное давление, которое такая структура способна создать, составило 1,06-1,57 мегапаскаля.
Далее Мэтьюс и его соавторы подсчитали количества энергии, которые приходится тратить насекомому на создание давления, необходимого для высасывания различных растений. Для этого ученые оценивали интенсивность метаболизма по количеству углекислого газа, которое выдыхали пенницы, питаясь соком горошка, люцерны и бобов.
Измерения показали, что при этом обмен веществ у них ускоряется на 50-85 процентов в сравнении с покоем. Такая нагрузка сравнима с марафоном. По мнению ученых, все это позволяет насекомым прокачивать через себя огромные количества сока ксилемы — как если бы человек в час выпивал около четырех литров жидкости — и получать достаточно питательных веществ, чтобы восполнить огромные энергетические затраты на питье.
Автор: Сергей Васильев